Микробиостадочные/диссимилирующие железо, уменьшающие бактерии ⇐ Васина Википедия

[wiki_en]

== '' 'Дизнорное железо, уменьшающие бактерии' '==
Снижение диссимилирующего железа является анаэробным микробным процессом, в котором Fe (III) служит терминальным акцептором электрона для производства энергии. Это фундаментальный процесс как в промышленных, так и в экологических контекстах, играющий критическую роль в производстве энергии, металлургии, катализе и биогеохимическом цикле [5].

В экологических системах, особенно в почвах и отложениях, восстановление микробного железа играет ключевую роль в биогеохимическом цикле железа и связанных с ними элементами, таких как углерод, азот и фосфор [6]. Железо в природе в основном существует в двух окислительно-восстановительных состояниях: Fe (III), который имеет низкую растворимость при почти нейтральном pH, и Fe (II), что обычно более растворимы и, следовательно, более биодоступно [6].

Снижение железа происходит с помощью двух основных механизмов: абиотическое (химическое) восстановление и биотическое (микробное) восстановление. Среди них биологически опосредованные процессы особенно значительны в природных средах и все чаще используются в устойчивых технологиях для восстановления металлов и восстановления окружающей среды.

«Обзор обзора железо-восстановительных бактерий (IRB) ''

Основной реакцией IRB является восстановление ионов железа до ионов железа. Микроорганизмы необходимы для естественной трансформации железа из растворенного вещества в осадок и наоборот [4]. Метаболический путь с уменьшением железа проводится в анаэробных и микроаэробных условиях. На сегодняшний день было идентифицировано более 71 факультативного IRB, с различными морфологиями, начиная от Cocci до запятой в форме и в форме стержня [4].

В анаэробных условиях IRB использует железо железа (Fe (III)) в качестве акцептора клеммы для поддержки анаэробной деградации различных органических соединений. Потребление этих органических субстратов и производство CO₂ являются ключевыми показателями их метаболической активности [4].

Некоторые виды IRB, такие как «Shewanella putrefaciens», «Shewanella welgae» и некоторые «Pseudomonas» Spp., - это факультативные анаээробиты, способные использовать несколько акцепторов электронов, включая кислород. Однако, когда Fe³⁺ используется в качестве акцептора терминала электрона, их эффективность окисления доноров органического электрона значительно снижается. В таких случаях такие соединения, как лактат и пируват, окисляются до ацетата. Например, «Geospirillum barnesii» может соединить восстановление железа с окислением водорода или неполное окисление лактата до ацетата [4].

«Важность снижения железа в биогеохимическом цикле» ''

Снижение железа в морских отложениях играет жизненно важную роль в биогеохимическом велосипеде ключевых элементов и различных микроэлементов. Эти окислительно-восстановительные процессы работают в широком диапазоне временных масштабов-от сезонного оборота питательных веществ в прибрежных экосистемах до долгосрочных изменений во время леднико-межглейтных переходов в глубоководных отложениях [9].

Признание снижения микробного железа в качестве ключевого экологического процесса ознаменовало значительный прогресс в нашем понимании подповерхностной биогеохимии. Микробное снижение железа не только способствует образованию парниковых газов, но и регулирует динамику питательных веществ и загрязняющих веществ в водных системах [6].

Кроме того, в наземных почвах железо окислительно -восстановительное циклирование тесно связано с процессами трансформации углерода и азота. Посреднивая необходимые биологические и химические реакции, восстановление железа действует как критический фактор для поддержания экологических функций почвы и влияния на доступность питательных веществ и разложение органических веществ [7].

'' 'Исторический фон и открытие микробного восстановления железа' '

Сокращение микробного железа является одним из старейших метаболических процессов на Земле и играет жизненно важную роль в биогеохимических циклах. Прямые ископаемые доказательства ранней микробной жизни на Земле дефицит [2]. Некоторые микробиологические данные свидетельствуют о том, что как восстановление сульфата, так и восстановление железа являются самыми ранними формами микробного дыхания. Кроме того, геохимия изотопа Fe может обеспечить новый метод для идентификации микробного железа в начале истории Земли [2].

Данные из нового исследования показывают, что геологическая запись о снижении железа (DIR) простирается более чем на 560 миллионов лет назад (MYR) и подтверждает, что микроорганизмы тесно связаны с последним общим предком, могут уменьшить Fe (III) [8].

'' 'Ссылки' ''

# Anameric, B. (2007). Свойства и особенности прямого уменьшенного железа. «Процедура минерала и обзор добывающей металлургии».
# Archer, C. & Vance, D. (2006). Связанные доказательства изотопов Fe и S для Archean microbial Fe (III) и восстановления сульфата. '' Geology '', '' 34 '' '(3), 153. https://doi.org/10.1130/g22067.1
# Burdige, D.J. (1993). Биогеохимия снижения марганца и железа в морских отложениях. '' Earth-Science Reviews '', '' 35 '' (3), 249–284. https://doi.org/10.1016/0012-8252 (93) 90040-E
# Ebrahiminezhad, A., Manafi, Z., Berenjian, A., Kianpour, S. & Ghasemi, Y. (2017). Железные восстановительные бактерии и наноструктуры железа. «Журнал передовых медицинских наук и прикладных технологий», '' 3 '' (1), 9. https://doi.org/10.18869/nrip.jamsat.3.1.9
# Guthrie, R., McLean, A., Seetharaman, S. & Sohn, H. Y. (2024). «Трактат по металлургии процесса: том 3: Промышленные процессы». Elsevier.
# Kappler, A., Bryce, C., Mansor, M., Luder, U., Byrne, J.M. & Swanner, E.D. (2021). Развивающийся вид на биогеохимический велосипед железа. '' Nature Reviews Microbiology '', '' 19 '' (6), 360–374. https://doi.org/10.1038/S41579-020-00502-7
# Liu, L., Zheng, N., Yu, Y., Zheng, Z. & Yao, H. (2024). Циклы углерода в почве и азота, обусловленные окислительно -восстановительным: обзор. «Наука общей среды», '' 918 '', 170660. # Marin -Carbonne, J., Busigny, V., Miot, J., Rollion -Bard, C., Muller, E., Drabon, N.,… Philippot, P. (2020). Изотопные анализы in situ и s в пирите из 3,2 Ga Mendon Formation (Barberton Greenstone Belt, Южная Африка): доказательства раннего снижения микробного железа. '' Geobiology '', '' 18 '' (3), 306–325. https://doi.org/10.1111/gbi.12385
# Starkey, R.L. & Halvorson, H. O. (1927). Исследования по трансформации железа в природе. II Что касается важности микроорурганизмов в растворе и осадков железа. «Наука почвы», '' 24 '' (6), 381–402. https://doi.org/10.1097/00010694-192712000-00001

'' 'Метаболический процесс' '

'' 'Общая реакция' '

Дисмиляционное восстановление железа - это анаэробный процесс, катаболизируемый бактериями, который включает окисление органических кислот/H, 2 и восстановление внеклеточного железа. Репрезентативная реакция, использующая ацетат в качестве донора органического кислотного электрона и железа железа ((Fe (III)) в качестве допуска терминального электрона, в то время как образуется железо железа ((Fe (II)), диоксид углерода и энергия. дыхание.

CH 3 COO - + 8fe 3 + + 3h 2 o-> 8fe 2 + + hco 3 - + co 2 + 8h + + 814 kj/g.
'' 'Electron Transport' '' [edit]

Бактерии используют различные методы для переноса электронов на твердотельном железе железа. Микроорганизмы обычно образуют биопленки на поверхности железных минералов из -за роли внеклеточных полимерных веществ, которые играют в опосредованном переносе электронов. Четыре основных метода переноса электрона включают в себя: 1) прямой контакт, 2) посредничество в лиганде, 3) электронный шаттт и 4) Pili (Nanovires).

Прямой контакт включает в себя физическое взаимодействие между поверхностью железа минерала и бактерий. Этот процесс опосредован в «Shewanella onedensis» путем MR-1, который непосредственно переносит электроны на железо твердого состояния через цитохромы. Путь MR-1 включает периплазматический перенос электронов из цитоина цитоплазматической цинол оксидазы к цитохрому-цитохромому MTRABC наружной мембраны C-типа; Другие белки также играют неизвестную роль в переносе электронов клеточной поверхности.

Передача электронов, опосредованная лиганд, включает использование хелатирующих агентов или лигандов, продуцируемых бактериями для солюбилизации железа железа из минералов, увеличивая его биодоступность. Эти лиганды, часто органические кислоты или сидерофоры, связываются с железными минералами, образуя растворимые комплексы, которые уменьшаются на клеточной поверхности или во внеклеточной среде

Электронный шаттлин включает использование окислительно-восстановительных соединений, которые действуют в качестве промежуточных соединений для переноса электронов из бактериальной клетки в Fe (III). Эти шаттлы, которые могут быть эндогенным или экзогенным, цикл между пониженными и окисленными состояниями. Общие примеры включают гумические вещества, флавины и хиноны, секретируемые видами «Shewanella». После уменьшения микробов, трансфер диффундирует на минерал железа железа, жертвует электроны и возвращается в клетку в его окисленной форме, чтобы повторить цикл. Этот механизм позволяет бактериям уменьшать железо на расстоянии.

Pili или иногда нанопроволоки являются электрически проводящими придатками, которые облегчают перенос электрона на большие расстояния и производятся некоторыми железными восстановительными бактериями, такими как «Geobacter sulfurreducens». Эти PILI являются белковыми нитими и содержат ароматические аминокислоты и цитохромы, которые позволяют эффективной проводимости электронов от клеточной поверхности до отдаленных железных минералов. Нанопроволоки особенно важны в биопленках, где они образуют сеть, которая повышает эффективность переноса электрона и поддерживает взаимодействие микробного сообщества.

'' 'Ссылки.' '[Edit]

#Пользователь: LJT629/Железное восстановление бактерий#CITE ref-: 0 1-0 | '' '' ' a ' '' '' user: ljt629/Железное восстановление бактерий#cite ref-: 0 1-1 | '' '' b '' '' '' Lovley, Derek R.; Филлипс, Элизабет Дж. П. (1988-06). «Новый режим метаболизма микробной энергии: органическое окисление углерода в сочетании с диссимиляционным восстановлением железа или марганца». «Прикладная и экологическая микробиология». '' '54' '' (6): 1472–1480. Doi (идентификатор) | doi: 10.1128/aem.54.6.1472-1480.1988. PMC (идентификатор) | PMC 202682. PMID (идентификатор) | PMID 16347658. #Пользователь: LJT629/Железное, восстанавливающие бактерии#CITE ref-: 1 2-0 | '' '' ' a ' '' '' uster: LJT629/Reductiving Bacteria##Cite Ref-: 1 2-1 | '' '' b '' '' user: ljt629/'' ' ref-1-й ref-# 2-2 | '' '' ' c ' '' '' esther, jacintha; Сукла, Лала Бехари; Прадхан, Нилотпала; Панда, Сандип (2014-11-23). «Fe (iii) Стратегии восстановления диссимиляционного железа, уменьшающих бактерии». «Корейский журнал химического машиностроения». '' '32' '' (1): 1–14. Doi (идентификатор) | doi: 10.1007/s11814-014-0286-x. ISSN (идентификатор) | ISSN 0256-1115.
# Пользователь: LJT629/Железо, восстанавливающие бактерии# цитирует ref-3 | ''^'' 'Gralnick, Jeffrey A.; Ньюман, Дайан К. (2007-06-16). «Внеклеточное дыхание». «Молекулярная микробиология». '' '65' '' (1): 1–11. Doi (идентификатор) | doi: 10.1111/j.1365-2958.2007.05778.x. ISSN (идентификатор) | ISSN 0950-382X.
#Пользователь: LJT629/Железное восстановление бактерий#CITE ref-: 2 4-0 | '' '' ' a ' '' '' 'Пользователь: LJT629/Reductiving Bacteria##Cite Ref-: 2 4-1 |' '' ' b ' '' 'user: ljt629/' '' ' b ' '' 'user: ljt629/' '' ' b ' '' ' 4-2 | '' '' '' c '' '' 'Рихтер, Катрин; Шиклбергер, Маркус; Gescher, Johannes (2012-02-15). «Дисмиляционное восстановление акцепторов внеклеточного электронов в анаэробном дыхании». «Прикладная и экологическая микробиология». '' '78' '' (4): 913–921. Doi (идентификатор) | doi: 10.1128/aem.06803-11. PMC (идентификатор) | PMC 3273014. PMID (идентификатор) | PMID 22179232.
# Пользователь: LJT629/Железо, восстанавливающие бактерии# cite ref-5 | ''^'' '' Schuetz, bjoern; Шиклбергер, Маркус; Куерманн, Йоханнес; Spormann, Alfred M.; Gescher, Johannes (2009-12-15). «Периплазматический электронный перенос через C-тип Cytochromes MTRA и FCCA из Shewanella Oneidensis MR-1». «Прикладная и экологическая микробиология». '' '75' '' (24): 7789–7796. Doi (идентификатор) | doi: 10.1128/aem.01834-09. PMC (идентификатор) | PMC 2794085. PMID (идентификатор) | PMID 19837833.
# Пользователь: LJT629/Железо, восстанавливающие бактерии# CITE Ref-6 | ''^'' '' Smith, Enthony W. (1998), 6.13 Железное голод и сидерофоре, опосредованное железом, «Методы в микробиологии», Elsevier, pp. 331–342, ISBN (идентификатор) | ISBN Special: Booksources /978-0-12-521525-1 | 978-0-12-521525-1, Получено 2025-03-26
#Пользователь: LJT629/Железное восстановление бактерий#CITE ref-: 3 7-0 | '' '' ' a ' '' '' пользователь: LJT629/Железное восстановление бактерий#cite ref-: 3 7-1 | '' '' b '' '' 'Newman, Dianne K.; Колтер, Роберто (2000-05). «Роль выделенных хинонов во внеклеточном переносе электронов». ''Природа''. '' '405' '' (6782): 94–97. Doi (идентификатор) | doi: 10.1038/35011098. ISSN (идентификатор) | ISSN 0028-0836. # Пользователь: LJT629/Железо, восстанавливающие бактерии# cite ref-8 | ''^'' 'Marsili, Enrico; Барон, Даниэль Б.; Шихаре, Индранеэль Д.; Курсол, Дэн; Гралник, Джеффри А.; Бонд, Даниэль Р. (2008-03-11). «Шеванелла выделяет Флавины, которые опосредуют перенос внеклеточного электрона». «Труды Национальной академии наук». '' '105' '' (10): 3968–3973. Doi (идентификатор) | doi: 10.1073/pnas.0710525105. PMC (идентификатор) | PMC 2268775. PMID (идентификатор) | PMID 18316736.
#Пользователь: LJT629/Железное восстановление бактерий#CITE ref-: 4 9-0 | '' '' ' a ' '' '' user: ljt629/Reducring Bacteria##Cite Ref-: 4 9-1 | '' '' b '' '' Регура, Gemma; Маккарти, Кевин Д.; Мехта, Teena; Николл, Джули С.; Tuominen, Mark T.; Ловли, Дерек Р. (2005-06). «Передача внеклеточного электрона через микробные нанопроволоки». ''Природа''. '' '435' '' (7045): 1098–1101. Doi (идентификатор) | doi: 10.1038/nature03661. ISSN (идентификатор) | ISSN 1476-4687. # Пользователь: LJT629/Железное восстановление бактерий# cite ref-10 | ''^'' '' Malvankar, Nikhil S.; Варгас, Мэдлин; Невин, Келли П.; Фрэнкс, Эшли Э.; Леанг, Чинг; Ким, Биун-чан; Иноуэ, Кенго; Местер, Тюнде; Covalla, Sean F.; Джонсон, Джессика П.; Ротелло, Винсент М.; Tuominen, Mark T.; Lovley, Derek R. (2011-09). «Настраиваемая металлическая проводимость в микробных сетях нанопроволоков». '' Nature Nanotechnology ''. '' '6' '' (9): 573–579. Doi (идентификатор) | doi: 10.1038/nnano.2011.119. ISSN (идентификатор) | ISSN 1748-3395.
=== Филогенетическое разнообразие и эволюционные отношения ===

==== Распределение путей с уменьшением железа по бактериям и археи ====
Тяжелыми путями с восстановлением железа филогенетически широко распространены, встречаются как у бактерий, так и у археи. Большинство культивируемых диссимиляционных бактерий с восстановлением железа (DIRB) связаны с классом DeltaproteObacteria, включая роды, такие как «Geobacter» и '' Shewanella '' [1, 2]. Однако снижение Fe (iii) также наблюдалось в Gammaproteobacteria (например, «Shewanella walga»), Epsilonproteobacteria (например, «Geospirillum barnesii») и Firmicutes (например, «Desulfotomaculum Reducens») [2]. В архейном домене термофильные виды, такие как «Ferroglobus placidus», также продемонстрировали способности к снижению железа [1]. Кроме того, такие организмы, как «Sinorhodobacter ferrireducens», демонстрируют черты с уменьшением железа, несмотря на падение за пределами традиционных линий IRB, что предполагает горизонтальный перенос генов или конвергентную эволюцию [1].

'' 'Эволюционное происхождение восстановления железа железа' '

Снижение диссимилирующего железа считается одним из самых ранних дыхательных путей для развития, возможно, предшествующего нитрату и кислородному дыханию [3]. Предполагается, что редуктазы железа развивались около 3,5 миллиардов лет назад после образования Fe (III) посредством ультрафиолетового окисления и анаэробного фотосинтеза с использованием Fe²⁺ в качестве донора электрона [3].

Сравнительные исследования ферментов редуктазы железа позволяют предположить, что восстановление железа развивалось независимо в нескольких микробных линии. Например, редуктаза железа в археоновском археоглобусе Fulgidus разделяет структурные особенности с бактериальными флавин редуктаз, но не имеет сходства последовательностей, подразумевая конвергентную эволюцию или горизонтальный перенос генов между доменами [3].

Окаменелые микробные маты из гидротермальных сред, богатых железом, также указывают на то, что микробное цикл железа была активна в ранних аноксических экосистемах [4]. Эти древние микробные сообщества, возможно, способствовали накоплению Fe (III) и создали условия, благоприятные для появления путей с уменьшением железа.

==== Бактерии с уменьшением сульфата (SRB) и Fe (III) восстановление ====
Хотя сульфат-восстановительные бактерии (SRB) в основном связаны с восстановлением сульфата (SO₄²⁻), некоторые виды продемонстрировали способность уменьшать железо железа. Организмы, такие как «desulfobulbus propionicus» и «desulfotomaculum», способны использовать Fe (III) в качестве акцептора электронов в лабораторных условиях [3,4]. Эти двойные возможности могут позволить SRB адаптироваться к колеблющейся окислительно -восстановительной среде в морских отложениях, где доступность сульфата и железа может варьироваться с течением времени [3].

==== Эволюционная связь IRB и SRB ====
Филогенетические исследования показывают, что IRB и SRB тесно связаны. Члены семейства Geobacteraceae, которая включает в себя хорошо изученную IRB, разделяют филогенетическую близость к сульфатным восстановителям, таким как «desulfomonile tiedjei» и '' desulfobulbus '' spp. [4]. Некоторые SRB, которые уменьшают Fe (III), обладают гомологичными компонентами электронного транспорта для тех, кто обнаружен в IRB, поддерживая общее происхождение или возможность горизонтального переноса генов способностей к снижению железа [3].

==== сходство в электронных транспортных механизмах ====
Как смягчающие железо, бактерии (IRB), так и сульфат-восстановительные бактерии (SRB) полагаются на перенос внеклеточного электрона (EET) для доступа к нерастворимым акцепторам электронов, таким как оксиды железа железа (Fe (III) или металлического железа [3, 5, 6]. SRB также участвуют в коррозии железа, с доказательствами, свидетельствующими о прямом поглощении электронов с помощью полупроизводных минеральных слоев, таких как сульфиды железа [6]. Эти механистические сходства могут отражать конвергентные стратегии для внеклеточного дыхания.

==== Экологические взаимодействия и совместное вещество ====
В природных условиях, таких как прибрежные отложения и водно-болотные угодья, IRB и SRB часто сосуществуют [3, 8]. В высокоорганических углеродных средах, таких как кислотные сульфатные почвы, обе группы могут функционировать одновременно, не перекрывая друг друга из-за обилия доноров и акцепторов электронов [8]. В условиях, ограниченных сульфатом, восстановление железа может стать доминирующим процессом анаэробного дыхания [3, 7]. Параметры окружающей среды, такие как окислительно -восстановительный потенциал, доступность железа и сульфата и содержание органических веществ, являются ключевыми факторами, формирующими пространственное распределение и активность IRB и SRB в морских экосистемах [8].

# Mazumdar, A., Roy, R., Borole, D.V., Fernandes, S.O., Joye, S.B. & Cowie, G.L. (2022). «Роль микроорганизмов в восстановлении железа в морских отложениях». Уайли. https://doi.org/10.1002/9781119554356.ch3
# Lonergan, D.J., Jenter, H.L., Coates, J.D., Phillips, E.J.P., Schmidt, T.M. & Lovley, D.R. (1996). «Филогенетический анализ диссимиляционных бактерий, ослабляющих Fe (III). https://doi.org/10.1128/jb.178.8.2402-2408.1996
# Schröder, C., Heyen, U. & Ehrenreich, A. (2003). «Вовлечение железа железа железа в энергетическом метаболизме ферментации и дыхания гипертермофильной археи. '' Archaea, '' '1' '' '(1), 29–42. https://doi.org/10.1155/2003/204928
# Chi Fru, E., Rodriguez, N., Partin, C.A., Reinhard, C.T., Kappler, A. & Konhauser, K. O. (2013). «Ископаемые железные бактерии выявляют путь к биологическому происхождению полос железа. # Shi, L., Dong, H., Reguera, G., Beyenal, H., Lu, A., Liu, J., Yu, H.-Q., & Fredrickson, J.K. (2016). «Механизмы внеклеточного переноса электронов между микроорганизмами и минералами». https://doi.org/10.1038/nrmicro.2016.93
# Enning, D. & Garreffs, J. (2014). «Коррозия железа с помощью сульфат-восстановительных бактерий: новые взгляды на старую проблему». «Прикладная и микробиология окружающей среды», '' '80' '' '(4), 1226–1236. https://doi.org/10.1128/aem.02848-13
# Zhao, Q., Zhang, J., Liu, Y., He, C. & Zhang, X. (2021). «Дисмилирующие железо-восстановительные микроорганизмы: филогения, физиология, применение и перспективы. '' Границы в микробиологии, '' 12 '' ', 624515. # Ling, Y.C., Chen, C.R., Doelsch, E., Yuan, S. X., & He, Y. Q. (2015). «Сосуществование железо и сульфат-восстановительных бактерий в прибрежных сульфатных почвах.
= Распределение и условия окружающей среды =
Железные, восстанавливающие бактерии (IRB), обитают субоксические и аноксические области, богатые органическим веществом и железом, которые служат важными компонентами в их метаболических процессах [1] [2]. Несмотря на эти конкретные условия окружающей среды, IRB населяет широкий спектр наземных и водных средств окружающей среды [1] [2]. Они варьируются от пастбищ и русло рек до континентальных полков и глубоководных отложений [1] [2] [3]. Тем не менее, их первичная ниша - это занимать морские и пресноводные отложения, где сочетание доступности питательных веществ и окислительно -восстановительных условий подтверждает их метаболическую активность [1] [2].

            В то время как IRB процветает в прибрежных водах, устьях и океанических отложениях, их распределение сильно варьируется в разных средах [2]. Например, отложения открытого океана содержат снижение уровня железа, что контрастирует с прибрежными и континентальными отложениями шельфа, и, следовательно, менее подходит для колонизации IRB [2]. В самой колонне осадка IRB можно найти в основном в слоях вблизи поверхности, где органическое вещество и содержание железа способствуют активности IRB. Они могут распространяться глубже через зону перехода метана сульфата (SMTZ) в метановую зону [5]. Обширное распределение IRB также распространяется на различные экстремальные среды, включая нефтяные месторождения, полярные области, шахты и гидротермальные вентиляционные отверстия [1] [4] [12]. Судные условия этих среде демонстрируют универсальность и адаптируемость некоторого IRB, что позволяет им сохраняться в специализированных и требовательных экологических нишах [1] [4] [12].

Гидрологический цикл играет решающую роль в значительном влиянии на метаболические процессы IRB. Различия в подземных водах и особенно осадках, средах среды, подлежащие содержанию IRB, и их метаболическая эффективность. Осадки играют ключевую роль в изменении содержания кислорода на водно -болотных угодьях, что может принести пользу или предотвратить снижение железа, в зависимости от глубины осаждения IRB [6]. Кроме того, осаждение способствует увеличению потока подземных вод и водных токов, что улучшает минеральную адвекцию. Эта улучшенная адвекция облегчает транспортировку железа железа (Fe (III)), увеличивая его доступность в качестве акцептора электронов для IRB [7]. Осадки также влияют на IRB через его влияние на дождевую воду и выветривание Oxic. Модифицируя почву и подземные воды и содержание минералов, выветривание дополнительно корректирует условия, необходимые для активности IRB [8]. Точно так же периодическое наводнение пастбищ и рисовых котлетов также повышает метаболическую эффективность IRB [1] [9].

Седиментация из -за гидрологических воздействий, перечисленных выше, а также других природных процессов, формирует потенциальные среды обитания IRB [10]. Скорость осаждения может значительно повлиять на потенциальное создание и удаление водного осадка [10]. При увеличении седиментации количество аноксического обогащенного железом осадка увеличится, что принесет пользу дисперсии IRB [10]. Напротив, удаление осадка из -за быстрых токов или низких скоростей седиментации будет подвергать более глубокие слои кислороду, ограничивая активность IRB [10]. Этот вариант водного седиментации создаст динамическую настройку для роста IRB.

Сезонный цикл оттаивания и таяния в регионах вечной мерзлоты также создает динамические условия для IRB. Процесс оттаивания вечной мерзлоты приводит к аноксической обстановке, которая поддерживает снижение железа и метаболическую активность IRB [11]. С другой стороны, сохранившаяся вечная мерзлота поддерживает Oxic Conders, предотвращая проведение IRB с восстановлением железа [11]. Эти сезонные колебания в вечной мерзлоте создают цикл изменяющихся возможностей для метаболической активности IRB и снижения железа [11].

        Железоносящие бактерии (IRB) демонстрируют исключительную гибкость для физико-химических факторов, таких как температура, соленость и рН. Несмотря на большинство IRB, предпочитая мезофильную температуру, от 20 ° C до 40 ° C, в нишах преобладает меньшинство экстремофилов, таких как гидротермальные вентиляционные отверстия, которые могут превышать 80 ° C [12]. Точно так же IRB являются преимущественно нейтрофильными, с предпочтительным диапазоном от 6 до 8 рН, однако несколько IRB считаются ацидофильными или щелочными [12]. Это меньшинство IRB обитает в PH варьируется ниже 5 pH и выше 9 pH, соответственно, в экологических нишах, таких как места для дренажа шахты или осадок озера газированного озера [12]. Как и в случае с pH и температурой, IRB в значительной степени устойчив к физиологическому раствору. Это проявляется в их географическом распределении как в пресной воде, так и в морской среде [1] [2]. На крайнем конце IRB наблюдался в отложениях озера гиперсалинового озера, которые содержали 5 м NaCl [13]. Несмотря на экстремофильную природу некоторого IRB, очень немногие терпимы к множественным экстремальным физико -химическим факторам [12] [13]. IRB, занимающий ниши за пределами предпочтительных физико -химических диапазонов, испытывает снижение роста и метаболической активности [12] [13].

Изображения:

Ссылки:

# Kappler, A., Bryce, C., Mansor, M., Luder, U., Byrne, J.M. & Swanner, E.D. (2021). Развивающийся вид на биогеохимический велосипед железа. Nature Reviews Microbiology, 19 (6), 360–374. https://doi.org/10.1038/S41579-020-00502-7
# Reyes, C. & Meister, P. (2022). Роль микроорганизмов в восстановлении железа в морских отложениях. Системная биогеохимия крупных морских биомов, 41–60. https://doi.org/10.1002/9781119554356.ch3
# Chen, Q., Wang, B., Liang, W., Chang, S., Huang, J. & Sun, J. (2025). Новая стратегия обогащения диссимилирующих железо, восстанавливающих железо, для восстановления органических загрязненных речных отложений: процесс, производительность и механизм. Международное биодиорирование & Amp; Биодеградация, 196, 105944. # Kim, S.J., Park, S.J., OH, Y.-S., Lee, S.-A., Shin, K.-S., Roh, D.H. & Rhe, S.-K. (2012). Shewanella arctica sp. ноябрь, железо, восстановительная бактерия, выделенная из арктических морских отложений. Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии, 62 (PT_5), 1128–1133. https://doi.org/10.1099/ijs.0.031401-0
# Vigderovich, H., Liang, L., Herut, B., Wang, F., Wurgaft, E., Rubin-Blum, M. & Sivan, O. (2019). Свидетельство о снижении микробного железа в метановых отложениях олиготрофного юго -восточного средиземноморского континентального шельфа. Biogeosciences, 16 (16), 3165–3181. https://doi.org/10.5194/bg-16-3165-2019
# Kaizad F. Patel, Kenton A. Rod, Jianqiu Zheng, Peter Regier, Fausto Machado-Silva, Ben Bond-Lamberty, Xingyuan Chen, Donnie J. Day, Kennedy O. Doro, Matthew H. Kaufman, Matthew Kovach, Nate McDowell, Sophia A. McKever, J. Patrick Megon, Cooris, J. Norris, J. Norris, J. Norris, J.. Тери О'Мира, Роберта Б. Пейстото, Рой Рич, Питер Торнтон, Кеннет М. Кемнер, Ник Д. Уорд, Майкл Н. Вайнтрауб, Ванесса Л. Бейли. (2024). Время до аноксии: наблюдения и прогнозы просадки кислорода после прибрежных наводнений. Geoderma, 444, 116854. # Lee, A.K., Newman, D.K. (2003). Микробное железо дыхание: воздействие на процессы коррозии. Appl Microbiol Biotechnol, 62, 134–139. https://doi.org/10.1007/s00253-003-1314-7
# Thamdrup, B. (2000). Бактериальное марганец и снижение железа в водных отложениях. В кн.: Schink, B. (Eds) Достижения в области микробной экологии. Достижения в области микробной экологии, том 16. Springer, Boston, MA. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-4187-5_2
# Cardoso, A.F., Da Silva, R. D. С. С., Прадо И. Г. Д. O., Bitencourt, J.A.P. & Gastauer, M. (2023). Приобретение культур обогащения с уменьшением железа: среда, методы и оценки качества. Microorganisms, 11 (2), 448. # Дэвид Рикард. (2012). Глава 3 - Биогеохимия осадочной железа. Разработки в седиментологии, 65, 85-119. https://doi.org/10.1016/b978-0-444-52989-3.00003-9
# Моник С. Пацнер, Нора Кайнз, Эрик Лундин, Максимилиан Барчзок, Челси Смит, Элизабет Херндон, Лорен Кинсман-Костелло, Стефан Фишер, Даниэль Штрауб, Сара Клейндиенст, Андреас Капплер и Кейси Брайс. (2022). Сезонные колебания в велосипеде железа в оттаивании вечной мерзлоты торфяни. Environmental Science & Technology, 56 (7), 4620-4631. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c06937
# Софи Л. Никсон, Эмили Бонсалл, Чарльз С. Кокелл. (2022). Ограничения микробного снижения железа в экстремальных условиях. Обзоры микробиологии FEMS, 46 (6). https://doi.org/10.1093/femsre/fuac033
# Emmerich, M., Bhansali, A., Lösekann-Behrens, T., Schröder, C., Kappler, A. & Behrens, S. (2012). Обилие, распределение и активность Fe (II)-окисляющих и Fe (III) микроорганизмов в гиперзалиновых отложениях озера Касин, Южная Россия. Прикладная и экологическая микробиология, 78 (12), 4386–4399. https://doi.org/10.1128/aem.07637-11

= Экологическая значимость =
Роль в железном цикле ''

Цикл бактериального железа основан на бактериально опосредованном окислении Fe2+ бикарбоната в условиях ограничения O2 (аноксикополомы) и заканчивается образованием ферригидрита Fe (OH) 3, который легко доступен для восстановления с помощью железообразования бактерий. Образование ферригидрита в аноксических средах происходит через два фототрофических путях, включающих либо цианобактерии, либо несольфурные фиолетовые бактерии [5].

'' 'Возможное использование IRB в биоремедиации' '

'' 'Mercury Methilation' ''

Загрязнение ртутью (HG) влияет на источники воды и создает заботу о здоровье человека. Метилирование ртути является анаэробным микробным процессом, обычно обусловленным диссимиляционными сульфатами бактериями (DSRB) [3] [4]. Этот процесс производит метилртути (MEHG), который может быть перенесен из отложений в воду и организмы и легко биоаккумулируется.

Дисмиляционные, смягчающие железо, бактерии (DIRB) могут опосредовать метилирование ртути, так как было показано, что скорость метилирования ртути положительно коррелирует со скоростью снижения железа, подразумевая, что восстановление Fe (III) стимулирует образование MEHG [4].

Доступность железа влияет на этот процесс двумя способами. Во-первых, это может изменить скорость активности бактерий с уменьшением железа (DIRB) по сравнению с DSRB. Во -вторых, это может изменить химию Меркурия, влияя на его биодоступность [3]. Однако связь метилирования ртути с восстановлением железа, скорее всего, зависит от физиологических характеристик DIRB, присутствующего в области [4].

'' 'Удаление органического вещества' '

Урбанизация и плохое управление сточными водами вводят органические загрязнители в реки, которые накапливаются в отложениях. Это приводит к деградации воды и анаэробным водоемам, где органическое вещество (ОМ) превращается в пахучие вещества.

Одним из возможных решений этой проблемы является использование DIRB для метаболизации ОМ в отложениях в анаэробных условиях. [2]. OM служит донором электрона в отложениях, поддерживая снижение железа DIRB [7]; Следовательно, более высокие уровни загрязнения отложений приводят к увеличению снижения железа с помощью DIRB. Большие количества DIRB приводят к более устойчивому удалению ОМ, а отложения, обогащенные железом, азотом и серной, позволили DIRB улучшить снижение железа, поскольку в условиях ограничения железа они могут использовать внеклеточные электронные шаттлы для усиления дальнейшего восстановления Fe (III) [1].

Сообщества DIRB с высоким разнообразием и адаптивностью считаются лучшим выбором для биоремедиации OM. Тем не менее, на их эффективность влияет локальные факторы окружающей среды, а различные DIRBS обладают различной чувствительностью к окружающей среде [1].

'' 'Удаление тяжелых металлов' '

Быстрая индустриализация привела к увеличению спроса на медь (CU), а сочетание больших размеров шахт и снижения сортов медной руды привело к более высоким медным хвостам. Медные хвосты занимают обширные сельскохозяйственные угодья и лесные угодья, отрицательно влияя на безопасность пищевых продуктов [1].

IRB уменьшает Fe (iii) до Fe (II) и, следовательно, уменьшает окислительный потенциал окружающей среды. Непосредственное добавление IRB в окружающую среду приводит к конкуренции и сосуществованию с местным микробным сообществом, вызывая сдвиги в микробном составе, которые изменяют среду хвостовой среды. Процесс сокращения железа также изменяет микробное сообщество, способствуя детоксикации тяжелых металлов в отложениях [1].

Некоторые попытки биоремедиации использовали как SRB, так и IRB, что увеличивало время pH и проникновение медных хвостов [1]. Снижение проницаемости хвоста снижает инфильтрацию воды и кислорода в хвостах шахты, снижение окисления и создание аноксической среды, которая увеличивает скорость снижения железа, иммобилизует тяжелые металлы и поддерживает их превращение в сульфиды [6]. Однако эффекты восстановления могут варьироваться в зависимости от глубины из -за изменений в составе микробного сообщества [6].

'' 'Dechlorcing' ''

Хлорированные органические соединения трудно разлагать, нерастворимые в воде и токсичные для организмов [8].

Определенные DIRBS обладают возможностями самообладания, которые могут быть улучшены путем изменения их генов дехлорирования посредством генетической инженерии. В биохимическом дехлорировании DIRB BioConverts Fe (III) к Fe (II), ответственный за дихлорирование [8].

Fe (II) является сильным редуктивным адсорбированным на поверхности железа с нулевым валентным (ZVI), который может удалять хлорированные органические загрязнители. Тем не менее, продукты коррозии могут образовываться во время процесса восстановления с использованием ZVI. Эти побочные эффекты могут быть уменьшены или удалены с помощью метаболической активности DIRB, поскольку они восстанавливают способность ZVI снижать загрязняющие вещества за счет снижения Fe (ⅲ). Тем не менее, чрезмерная активность DIRB может ингибировать эффект дехлорирования ZVI. Следовательно, поддержание соответствующей дозировки DIRB имеет важное значение, чтобы сбалансировать его полезные эффекты и обеспечить эффективное удаление загрязняющих веществ [8].

Присутствие DIRB также может скорректировать способность микробного сообщества к дехлоринированным и обеспечивать питательные вещества для повышения экспрессии генов дехлорирования в других бактериях. Мы должны выбрать соответствующие виды DIRB и поддерживать соответствующее соотношение между ними, чтобы избежать неблагоприятных воздействий на систему и удовлетворить требования к дихлорированию [8].

Некоторые типы DIRB могут не полностью дехлорировать хлорированную органику. Тем не менее, это не идеально, чтобы деградировать хлорированные органические загрязнители только по DIRB, потому что этот метод имеет низкую скорость деградации и производит промежуточные токсичные вещества. По этой причине исследуются подходы связи DIRB с другими микроорганизмами, химическими материалами и технологиями. Например, когда DIRB сочетается с дехлорирующими бактериями, микробное сообщество усиливается, обеспечивает подходящие источники углерода, укрепляет перенос электронов и увеличивая экспрессию генов дехлорирования [8].

# Chen, Q., Wang, B., Liang, W., Chang, S., Huang, J. & Sun, J. (2025). Новая стратегия обогащения диссимилирующих железо, восстанавливающих железо, для восстановления органических загрязненных речных отложений: процесс, производительность и механизм. «Международное биодетериорирование & amp; amp; Биодеградация '', '' 196 '', 105944. # Kappler, A., Bryce, C., Mansor, M., Luder, U., Byrne, J.M. & Swanner, E.D. (2021). Развивающийся вид на биогеохимический велосипед железа. '' Nature Reviews Microbiology '', '' 19 '' (6), 360–374. https://doi.org/10.1038/S41579-020-00502-7
# Kerin, E.J., Gilmour, C.C., Roden, E., Suzuki, M.T., Coates, J.D. & Mason, R.P. (2006). Метилирование ртути с помощью диссимилирующих железо-восстановительных бактерий. «Прикладная и экологическая микробиология», «72» (12), 7919–7921. https://doi.org/10.1128/aem.01602-06
# Si, Y., Zou, Y., Liu, X., Si, X. & Mao, J. (2015). Метилирование ртути в сочетании с восстановлением железа диссимиляционными бактериями с восстановлением железа. '' Chemosphere '', '' 122 '', 206–212. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2014.11.054
# Zavarzin, G.A. (2008). Микробные циклы. '' Энциклопедия экологии (второе издание) '' '' 4 '', 129–134. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/b978-0-444-63768-0.00745-9
# Zhang, M., Wang, J., Liu, X., LV, Y., Yu, B., Gao, B. & Yan, X. (2022). Исправление хвостами шахты с помощью сульфат-восстановительных бактерий и ослабляющих железом бактерий: иммобилизация тяжелых металлов и биологическое уплотнение. «Химия и экология», «38» (8), 706–719. https://doi.org/10.1080/02757540.2022.2112182
# Zhao, C., Xun, F., Li, B., Han, X., Liu, H., Du, Y., Wu, Q.L. & Xing, P. (2024). Двойная роль снижения диссимилирующего железа в углеродном цикле: эффект «сетки железа» может увеличить неорганическую секвестрацию углерода. «Глобальная биология изменений», '' 30 '' (3). https://doi.org/10.1111/gcb.17239

Zhong, H., Lyu, H., Wang, Z., Tian, ​​J. & Wu, Z. (2024). Применение диссимилирующих железо-восстановительных бактерий для восстановления почвы и воды, загрязненных хлорированными органическими соединениями: прогресс, механизмы и направления. '' Chemosphere '', '' 352 '', 141505.

Подробнее: [url]https://en.wikipedia.org/wiki/Microbiostudent/Dissimilatory_iron_reducing_bacteria[/url]